用于涡轮壳的耐高温蠕墨铸铁的制备工艺的制作方法

本发明涉及一种铸铁，尤其是涉及一种用于涡轮壳的耐高温蠕墨铸铁的制备工艺。

背景技术：

涡轮增压技术可显著提高发动机的工作效率，降低油耗，减少排气污染，目前，涡轮增压技术在汽车发动机领域得到越来越广泛的应用。涡轮壳是涡轮增压器的主要部件，涡轮壳处在高温、高压和高速转动的工况下工作，其工作温度一般为500～700℃，在极端情况下甚至超过900℃。现有技术中，涡轮壳大多采用qt400－15、qt400－18等普通球墨铸铁材料制成，在高温下氧化非常严重，严重影响涡轮增压器的使用寿命，同时也会影响车辆使用的安全性和可靠性。鉴于此，近几年部分增压器厂家已经开始将蠕墨铸铁这种材料运用于涡轮壳的生产中，以便提高涡轮壳的耐温及寿命，但是由于涡轮壳产品的结构特殊性，蠕墨铸铁材质在制造过程中，往往金相组织一致性较差，难于满足该产品的高性能要求，且合格率低，生产成本高。

技术实现要素：

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种用于涡轮壳的耐高温蠕墨铸铁的制备工艺，合理设置各组分的配比，在高温环境下通过合理的控制温度管控范围及时抑制铁水的衰减范围，有效提升用于涡轮壳的蠕墨铸铁的材料组织的一致性，使材料的金相符合率得到明显提升，提高产品合格率，降低生产成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于涡轮壳的耐高温蠕墨铸铁的制备工艺，包括以下步骤：

（1）原材料准备：生铁、废钢、回炉料、硅铁合金、钼铁合金、铬铁合金、铌铁合金、高纯镍板、增碳剂、蠕化剂、孕育剂；其中生铁、废钢和回炉料的质量配比为20~25:30~35:35~40；

（2）电炉熔炼：首先将生铁、废钢、回炉料加入到中频电炉进行熔炼，铁水总质量控制在500kg；

（3）取样成分控制：熔炼过程中取铁液进行光谱分析，依据光谱测得的炉前成分进行加料微调，各元素的质量百分比控制范围为：c2.8％~3.4％；si4.6％~5.0％；mn≤0.3％；p≤0.07％；mo0.6％~0.8％；ni0.5％~0.7％；nb0.01~0.03％；cr0.02~0.2％；ti≤0.2％；mg≤0.3％；s≤0.02％；余量为fe以及不可避免的微量元素；依次加入所需的钼铁合金、硅铁合金、铬铁合金、铌铁合金、高纯镍板、增碳剂获得所要求的铁水化学成分，并控制好熔炼铁水的温度1560±5℃；

（4）浇注过程的蠕化处理：在球化包的凹坑包底按蠕化剂0.4%、孕育剂0.5%的顺序装包，并捣紧实，孕育剂全部覆盖好蠕化剂；将铁液倒入球化包，铁液与蠕化剂、孕育剂反应，蠕化时间25~30秒；

（5）浇注：抬包浇注加入随流孕育剂0.1%；控制铁水的浇注温度为1420-1490℃；记录首包温度和末包温度，并严格控制浇铸时间小于5分50秒；

（6）检测分析结果：蠕化处理完毕，取样进行光谱分析，确认最终化学成分是否合格；保温自然冷却后开箱，清理得到蠕墨铸铁产品；产品本体取样获得蠕墨铸铁机械性能及金相组织。

进一步的：

所述蠕化剂包括以下质量百分比元素：si43〜47%；mg3.1〜3.5%；re8.6〜9.0%；ca0.8〜1.20%；al≤1.2%；余量为铁。

所述孕育剂包括以下质量百分比元素：si62〜75%；ca0.8〜2.0%；ba1.5〜2.8%；al0.8〜1.7%；余量为铁。

所述随流孕育剂包括以下质量百分比的元素：si70〜76%；ca1.0〜2.0%；ba1.0〜3.0%；al1.0〜2.0%；余量为铁。

本发明的技术效果在于：

本发明公开的一种用于涡轮壳的耐高温蠕墨铸铁的制备工艺，合理设置各组分的配比，在高温环境下通过合理的控制温度管控范围及时抑制铁水的衰减范围，有效提升用于涡轮壳的蠕墨铸铁的材料组织的一致性，使材料的金相符合率得到明显提升，提高产品合格率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的金相图。

图2为本发明实施例2的金相图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例1、

（1）原材料准备：生铁、废钢、回炉料、硅铁合金、钼铁合金、铬铁合金、铌铁合金、高纯镍板、增碳剂、蠕化剂、孕育剂；其中生铁、废钢和回炉料的质量配比为20:35:40。

（2）电炉熔炼：首先将生铁、废钢、回炉料加入到中频电炉进行熔炼，铁水总质量控制在500kg。

（3）取样成分控制：熔炼过程中取铁液进行光谱分析，依据光谱测得的炉前成分进行加料微调，各元素的质量百分比控制范围为：c2.8％~3.4％；si4.6％~5.0％；mn≤0.3％；p≤0.07％；mo0.6％~0.8％；ni0.5％~0.7％；nb0.01~0.03％；cr0.02~0.2％；ti≤0.2％；mg≤0.3％；s≤0.02％；余量为fe以及不可避免的微量元素；依次加入所需的钼铁合金、硅铁合金、铬铁合金、铌铁合金、高纯镍板、增碳剂获得所要求的铁水化学成分，并控制好熔炼铁水的温度1560±5℃；原铁水成分光谱分析结果：c3.48％；si4.11％；mn0.25％；p0.027％；mo0.67％；ni0.58％；nb0.018％；cr0.09％；ti0.02％；mg0.0125％；s0.0129％；余量为fe以及不可避免的微量元素。

（4）浇注过程的蠕化处理：在球化包的凹坑包底按蠕化剂0.4%、孕育剂0.5%的顺序装包，并捣紧实，孕育剂全部覆盖好蠕化剂；将铁液倒入球化包，铁液与蠕化剂、孕育剂反应，蠕化时间26秒；所用蠕化剂包括以下质量百分比元素：si43〜47%；mg3.1〜3.5%；re8.6〜9.0%；ca0.8〜1.20%；al≤1.2%；余量为铁。所用孕育剂包括以下质量百分比元素：si62〜75%；ca0.8〜2.0%；ba1.5〜2.8%；al0.8〜1.7%；余量为铁。

（5）浇注：抬包浇注加入随流孕育剂0.1%；控制铁水的浇注温度为1420-1490℃；记录首包温度和末包温度，并严格控制浇铸时间小于5分50秒。所用随流孕育剂包括以下质量百分比的元素：si70〜76%；ca1.0〜2.0%；ba1.0〜3.0%；al1.0〜2.0%；余量为铁。

（6）检测分析结果：蠕化处理完毕，取样进行光谱分析，确认最终化学成分是否合格；保温自然冷却后开箱，清理得到蠕墨铸铁产品；产品本体取样获得蠕墨铸铁机械性能及金相组织（如图1）。本实施例的蠕墨铸铁产品成分光谱分析结果：c3.30％；si4.80％；mn0.25％；p0.0283％；mo0.6515％；ni0.59％；nb0.018％；cr0.095％；ti0.024％；mg0.0125％；s0.0144％；余量为fe以及不可避免的微量元素，化学成分合格。

实施例2、

（1）原材料准备：生铁、废钢、回炉料、硅铁合金、钼铁合金、铬铁合金、铌铁合金、高纯镍板、增碳剂、蠕化剂、孕育剂；其中生铁、废钢和回炉料的质量配比为25:30:35。

（2）电炉熔炼：首先将生铁、废钢、回炉料加入到中频电炉进行熔炼，铁水总质量控制在500kg。

（3）取样成分控制：熔炼过程中取铁液进行光谱分析，依据光谱测得的炉前成分进行加料微调，各元素的质量百分比控制范围为：c2.8％~3.4％；si4.6％~5.0％；mn≤0.3％；p≤0.07％；mo0.6％~0.8％；ni0.5％~0.7％；nb0.01~0.03％；cr0.02~0.2％；ti≤0.2％；mg≤0.3％；s≤0.02％；余量为fe以及不可避免的微量元素；依次加入所需的钼铁合金、硅铁合金、铬铁合金、铌铁合金、高纯镍板、增碳剂获得所要求的铁水化学成分，并控制好熔炼铁水的温度1560±5℃；原铁水成分光谱分析结果：c3.56％；si3.94％；mn0.22％；p0.047％；mo0.69％；ni0.64％；nb0.021％；cr0.135％；ti0.07％；mg0.02％；s0.0088％；余量为fe以及不可避免的微量元素。

（4）浇注过程的蠕化处理：在球化包的凹坑包底按蠕化剂0.4%、孕育剂0.5%的顺序装包，并捣紧实，孕育剂全部覆盖好蠕化剂；将铁液倒入球化包，铁液与蠕化剂、孕育剂反应，蠕化时间30秒；所用蠕化剂包括以下质量百分比元素：si43〜47%；mg3.1〜3.5%；re8.6〜9.0%；ca0.8〜1.20%；al≤1.2%；余量为铁。所用孕育剂包括以下质量百分比元素：si62〜75%；ca0.8〜2.0%；ba1.5〜2.8%；al0.8〜1.7%；余量为铁。

（5）浇注：抬包浇注加入随流孕育剂0.1%；控制铁水的浇注温度为1420-1490℃；记录首包温度和末包温度，并严格控制浇铸时间小于5分50秒。所用随流孕育剂包括以下质量百分比的元素：si70〜76%；ca1.0〜2.0%；ba1.0〜3.0%；al1.0〜2.0%；余量为铁。

（6）检测分析结果：蠕化处理完毕，取样进行光谱分析，确认最终化学成分是否合格；保温自然冷却后开箱，清理得到蠕墨铸铁产品；产品本体取样获得蠕墨铸铁机械性能及金相组织（如图2）。本实施例的蠕墨铸铁产品成分光谱分析结果：c3.18％；si4.72％；mn0.18％；p0.0477％；mo0.7211％；ni0.62％；nb0.0224％；cr0.168％；ti0.066％；mg0.116％；s0.0094％；余量为fe以及不可避免的微量元素，化学成分合格。

本发明各组分的配比合理，结合现有的浇注工艺，在高温环境下通过合理地控制温度管控范围及时抑制铁水的衰减范围，金相组织蠕化效果一致性大于80%，延伸率大于1.2，蠕化效果良好，有效提升涡轮壳的蠕墨铸铁的材料组织的一致性，使材料的金相符合率得到明显提升，提升产品合格率，降低生产成本。